本實用新型涉及一種地下綜合管廊，尤其涉及一種截面外拱的箱型鋼結構城市地下綜合管廊。

背景技術：

現(xiàn)在的城市地下綜合管廊，大部分是采用鋼筋混凝土結構，由于混凝土結構是剛性結構(自身剛度大，抵抗變形能力強)，變形量很少，廊體過寬或者過高，不會導致廊體內(nèi)管架及管線變形及損害，同時，這些管廊的截面形狀可以為矩形，主要原因是要利用兩側的側壁布設豎直的支架，并在豎直的支架上布設各類水電管線，這些豎直的支架容易加工，容納管線量大，管線易布設安裝。雖然剛度大、不易變形是剛性結構管廊的優(yōu)點，但是管廊地下工程回填土后都會都會有2～3個月的沉降期，回填土密實度難以保證一致，沉降期期間就會造成不均勻沉降，剛性結構管廊在遇到不均勻沉降后局部應力集中明顯，整體結構受力不佳，從而也使得鋼筋混凝土管廊存在壁厚要求大，造價成本高、運輸安裝困難等問題。如圖1-2所示，如果管廊截面是圓形橢圓的，則支架也得做成圓弧形，與管廊截面一致，但是弧形支架加工困難，承載能力低，且布設水電管線時空間容納能力差，施工繁瑣困難。另外，如果是圓形截面的管廊，其內(nèi)部通行凈空空間利用率低，在滿足同樣的凈空空間要求時，高度就會增加，開挖深度增大。同樣，針對普通的鋼波紋管式的地下管廊，除了存在上述同樣的問題外，在目前管廊通用尺寸大小的情況下，如果卷圓成直徑3～4米的管廊，只能使用小波高、小慣性矩、小強度的波形參數(shù)，如波高50mm、55mm或100mm，難以使用波高達140mm以及140mm以上大慣性矩的波形參數(shù)，這樣在管廊埋地后變形就會很大，其中包括設置支架的兩個側壁的變形。

本申請人在先申請了一系列鋼結構地下綜合管廊，這里的鋼結構是鋼質(zhì)材料組成的結構，不同于上述混凝土剛性結構，但是這些鋼結構管廊在實際應用中的變形量較大，一方面管廊利用管土共同受力原理，也就是管土協(xié)同變形原理，鋼結構與回填土的協(xié)同變形作用，變形量自然就很大；同時，鋼結構構件在工程中允許的變形量要比鋼筋混凝土構件大得多。故此，鋼結構的綜合管廊廊體的變形就會引起管廊內(nèi)部管架及管線的變形及損害。

因此，亟待解決上述技術難題。

技術實現(xiàn)要素：

實用新型目的：本實用新型提供了一種在管廊內(nèi)易設置支架、能容納更多的水電管線、管體結構穩(wěn)定不易變形、可利用管土共同受力原理快速實現(xiàn)管廊拼接的截面外拱的箱型鋼結構城市地下綜合管廊。

技術方案：本實用新型所述的地下綜合管廊，包括由分別位于上下面和兩側面的單元板片沿周向拼裝形成單元管節(jié)，該單元管節(jié)沿軸向拼裝形成管廊，所述單元板片為向管廊外側起拱的弧形鋼波紋板，其波紋紋路與管廊軸心線垂直，兩側單元板片的內(nèi)側半徑大于0.5倍管廊對角線的長度，管廊的寬度大于其高度的0.5倍并小于其高度的2倍；其中，所述管廊對角線的長度以相鄰單元板片的周向連接點為測量點。

優(yōu)選地，所述兩側單元板片的內(nèi)側半徑大于0.75倍管廊對角線的長度，管廊的寬度大于其高度的0.75倍并小于其高度的1.5倍。

相鄰所述單元板片的周向連接處形成角度，例如可以形成鈍角結構，或者為圓弧過度。

相鄰所述單元板片的周向連接端部各設縱向法蘭，且相鄰的連接法蘭形成拼接連接面。其中，縱向法蘭為平直狀法蘭、角鋼法蘭、異型角鋼法蘭、槽鋼或異型槽鋼。

靠近所述管廊的內(nèi)側壁處布置豎向支架立桿，和/或靠近所述管廊的頂部或底部內(nèi)表面處布置橫向支架橫桿，所述豎向支架和/或橫向支架的端部連接在相鄰單元板片的縱向法蘭處。

本實用新型中，位于上下面和兩側面的所述單元板片的弧度相同或不同。或者同一單元板片的弧度不同。單元板片由金屬板構成，該金屬板自身彎折形成凸起；或由金屬板彎折形成凸起，再用板材或管材與該凸起組合形成空心腔體結構；或由金屬板和金屬管拼接而成；或由C型鋼、槽鋼、工字鋼、弧形鋼、角鋼或波紋板與金屬板扣合形成帶有空心腔體的結構。進一步地，所述空心腔體內(nèi)填充混凝土，或者在所述空心腔體內(nèi)布置鋼筋并填充混凝土。

有益效果：與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有以下顯著優(yōu)點：

(1)本實用新型的箱型鋼結構地下綜合管廊，對兩側壁單元板片的內(nèi)側半徑作了限定，使得側壁板片的半徑大、曲率小，能保證豎向支架的高度，提高支架的水電管線的容納量，同時豎向支架能盡量靠近管廊的側壁，讓出中間空間，提高了管廊內(nèi)部凈空利用率。

(2)本實用新型的箱型鋼結構地下綜合管廊，對管廊橫截面的高寬比作了要求，能保證管廊的高度，提高側壁管架容納管線的能力，也能控制管廊的變形量，使之符合鋼結構規(guī)范變形量的要求。

(3)該管廊截面為外拱的箱型管廊，廊體凈空利用率高，且單元板片采用弧形結構，利用管土共同受力原理，整體結構的強度與承受力最大化，解決了純粹矩形截面的管廊埋地時不能利用管土共同受力原理，結構受力差、造價成本高等問題。

(4)該箱型管廊周向可以采用平直狀法蘭、角鋼法蘭或異型槽鋼等法蘭連接，每節(jié)長度可以做至10米以上，整體施工進度加快，尤其采用角鋼或槽鋼法蘭連接時，角部應力集中區(qū)的受力情況得到了極大地改善，避免縱向法蘭與單元板片單一焊接連接的形式在動載工況下焊縫開裂而造成管體結構破壞等現(xiàn)象。

(5)在保障相同凈空利用率及荷載條件下，該管廊的鋼材厚度及截面弧長均可減少，節(jié)約成本，更有利于加快施工現(xiàn)場的施工進度，帶來巨大的經(jīng)濟效益及社會效益。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術圓形管廊的內(nèi)部凈空的結構示意圖；

圖2為現(xiàn)有技術橢圓形管廊的內(nèi)部凈空的結構示意圖；

圖3-7分別為本實用新型地下綜合管廊的橫截面圖；

圖8-10分別為三種管廊的橫截面圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型的技術方案作進一步說明。

本實用新型的箱型管廊1，包括由分別位于上、下和兩側面的單元板片2沿周向拼裝形成單元管節(jié)，該單元管節(jié)沿軸向拼裝形成箱型管廊；單元板片2為向箱型管廊外側起拱的弧形鋼波紋板，其波紋紋路與箱型管廊軸心線相垂直；其中，兩側單元板片的內(nèi)側半徑大于0.5倍管廊對角線的長度，管廊的寬度大于其高度的0.5倍并小于其高度的2 倍，管廊對角線的長度以相鄰單元板片的周向連接點為測量點。

本實用新型對鋼結構綜合管廊的外部尺寸(兩側單元板片的內(nèi)側半徑及管廊的寬高比)進行限定，經(jīng)過理論計算及三維模擬試驗得出結論：單艙鋼結構管廊的寬高比范圍控制在0.6-1.8倍，進一步優(yōu)選為0.75-1.5倍，更優(yōu)選的，寬與高盡量接近才能有較好的受力效果。同時，兩側單元板片的內(nèi)側半徑大于0.5倍管廊對角線的長度，可以得到形狀無限接近矩形/方拱的管廊，該結構的管廊變形量小且受力均勻，優(yōu)選的，兩側單元板片的內(nèi)側半徑大于0.56倍管廊對角線的長度，更優(yōu)的，兩側單元板片的內(nèi)側半徑大于 0.75倍管廊對角線的長度。

其中，相鄰單元板片之間可以形成周向連接的角度，如圖3和圖6所示，也可以是圓弧過渡，如圖4、5、7所示。其中，所述單元板片沿周向拼接時，相鄰單元板片的接觸端部設有縱向法蘭3，且相鄰縱向法蘭3為拼接連接面，其中縱向法蘭3為平直狀法蘭、角鋼法蘭、異型角鋼法蘭、槽鋼或異型槽鋼，可以通過螺栓實現(xiàn)快速連接，安裝便捷，極大提升施工進度。

本實用新型中，分別位于上、下和兩側面的單元板片具有至少一種弧度，每片單元板片以該片板上半徑最大的弧度為基準半徑，每塊板片的弧度可以不同，四塊單元板片可為同一弧度的板片，亦可以為兩種、三種或四種不同弧度的板片構成。其中，單元板片由金屬板構成，該金屬板自身彎折形成凸起；或金屬板彎折形成凸起形狀，用板材或管材與該凸起組合形成空心腔體結構；或由金屬板和金屬管拼接而成；或者由C型鋼、槽鋼、工字鋼、弧形鋼、角鋼或波紋板與金屬板扣合形成帶有空心腔體結構。本實用新型可在上述空心腔體內(nèi)充填混凝土，或者在所述空心腔體內(nèi)布置鋼筋并充填混凝土。本實用新型管廊單元板片的波紋高度值及截面慣性矩可以很高，避免了管廊直徑較小或圓弧過渡段的半徑較小時，難以彎曲成所要求弧度的難題，從而也使得板片的弧度不再受管廊口徑和跨度的限制，為生產(chǎn)制造提供了了便利。

本實用新型管廊的角度連接形式中各板片受力方向也為板片環(huán)向方向，側部回填土對頂板的擠壓，使得連接角部處的側板對頂板有較大的向上托舉的分力，減輕頂部板片所受上部荷載壓力。同樣頂部板片的豎向壓力，使得頂板在連接角部對側板有較大側向推力，減輕側部板片所受側部荷載壓力，可見側板荷載與頂部荷載在此種連接結構形式下，可相互抵消部分荷載，從而使得整體結構更趨于合理。

本實用新型管廊截面為近似矩形的箱形，管廊的強度高、造價低，其管廊凈空利用率高，兩側壁支架易設置，支架容納水電線量大，如圖3-7中虛線部分所示，靠近管廊的內(nèi)側壁處布置豎向支架立桿4，也可以在靠近所述管廊的頂部或底部內(nèi)表面處布置橫向支架橫桿5，豎向支架4和/或橫向支架5的端部連接在相鄰單元板片的縱向法蘭處，同時還可以在豎向支架立桿4、橫向支架橫桿5上布設短支架6。其中單元板片采用圓弧形結構的拱狀波紋板，在廊體土體回填后，周圍回填土對廊體能形成很好的包裹作用，在整體結構受力上，周圍土體與管廊結構構成一個整體，因為板片在周向是圓弧形，利用管土共同受力原理，整體結構的強度與承受力最大化。

實施例1

受力分析實驗：管廊兩側單元板片的內(nèi)側半徑尺寸限定

(1)當內(nèi)側半徑等于0.5倍的對角線時，管廊截面形狀為圓形；(2)當內(nèi)側半徑大于0.5倍對角線時，管廊截面形狀無限接近于矩形；(3)當內(nèi)側半徑小于0.5倍對角線時，管廊截面形狀無限接近于梅花形；

眾所周知，圓形的受力性能是最好的，但是由于地下綜合管廊需要必須的凈高和凈寬要求，并且圓形截面支架無法布設(專利文件中有詳細比較)。這里就不對圓形截面進行受力分析。以下就各個土壓力作用下對矩形(圖8)、梅花形(圖9)和方拱形(圖 10，本專利申請形狀)這三種鋼結構管廊進行三維受力計算分析，結果參見表1。

表1矩形、梅花形和方拱形鋼結構管廊受力分析

注：矩形與方拱形的最大位移位于跨中，梅花形的最大位移位于縱向接縫處。最大應力均位于接縫位置。

結論：通過三維有限元分析后，在矩形、梅花形和方拱形三種結構中，方拱形的變形量最小且受力均勻；同時，當兩側單元板片的內(nèi)側半徑大于0.5-0.75倍管廊對角線的長度時，方拱形結構的變形量逐漸減小且受力均勻性提高，超過0.75倍后拱形結構的變形量的逐漸減小趨勢趨于平緩，其受力均勻性也趨于穩(wěn)定。

實施例2

受力分析實驗：管廊的寬高比尺寸限定

實驗方法：采用方拱形鋼結構管廊，在圓弧半徑與對角線的關系一定的前提下，控制廊體截面的寬高比，計算分析三維受力情況，結果參見表2。

表2

注：最大位移位于跨中位置；最大應力均位于接縫位置；位移單位為cm，應力單位為MPa。

結論：在圓弧半徑與對角線的關系一定的前提下，方拱形廊體截面的寬高比從0.5-1 變化時，最大位移位和最大應力逐漸減小；等于1時，其結構最大位移位和最大應力均最小；當寬高比大于1時其相應的最大位移和最大應力也變大，當寬高比超過2后，在100MPa荷載下其變形量已經(jīng)超過2cm，對廊體內(nèi)部支吊架造成的擺動，已嚴重影響其自身結構受力性能和后續(xù)管線的布設；所以方拱形箱型管廊的截面寬高應控制在0.5-2，優(yōu)選為0.75-1.5，進一步優(yōu)選為1，此時，管廊的受力性能逐漸加強直至最佳。